STM32 LibOpenCM3：EXTI 外部中斷

前言

在之前的文章中我們使用輪詢的方式來讀取目前的按鈕狀態，但這種方式的效率不是很好，在需要讀取按鈕狀態等情況下，我們可以使用外部中斷（External Interrupt，EXTI），讓 CPU 可以去忙其它事情，等到按鈕被按下時會產生中斷事件，才去執行按鈕被按下時要處理的事。

這次要我們的目標功能是每次按下按鈕後，LED 的閃爍速度就會變化。

正文

首先一樣以 Nucleo-F446RE 做示範。

首先建立一個 PIO 的專案，選擇 Framework 為「libopencm3」，並在 src/ 資料夾中新增並開啓 main.c 檔案。

完整程式

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/**
 *  @file  main.c
 *  @brief EXTI example for STM32 Nucleo-F446RE.
 */

#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
#include <libopencm3/stm32/exti.h>
#include <libopencm3/cm3/nvic.h>

/* User LED (LD2) connected to Arduino-D13 pin. */
#define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
#define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
#define GPIO_LED_PIN (GPIO5)

/* User button (B1) connected to PC13. */
#define RCC_BUTTON_GPIO (RCC_GPIOC)
#define GPIO_BUTTON_PORT (GPIOC)
#define GPIO_BUTTON_PIN (GPIO13)
#define EXTI_BUTTON_SOURCE (EXTI13)
#define NVIC_BUTTON_IRQ (NVIC_EXTI15_10_IRQ)

#define DELAY_VALUE_A ((uint32_t)500000)
#define DELAY_VALUE_B ((uint32_t)200000)

uint32_t delay_value = DELAY_VALUE_A;

static void delay(uint32_t value)
{
  for (uint32_t i = 0; i < value; i++)
  {
    __asm__("nop"); /* Do nothing. */
  }
}

static void led_setup(void)
{
  /* Set LED pin to output push-pull. */
  gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_LED_PIN);
  gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_LED_PIN);
}

static void button_setup(void)
{
  /* Set button pin to input floating. */
  gpio_mode_setup(GPIO_BUTTON_PORT, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_BUTTON_PIN);

  /* Set up interrupt. */
  nvic_enable_irq(NVIC_BUTTON_IRQ);
  exti_select_source(EXTI_BUTTON_SOURCE, GPIO_BUTTON_PORT);
  exti_set_trigger(EXTI_BUTTON_SOURCE, EXTI_TRIGGER_FALLING);
  exti_enable_request(EXTI_BUTTON_SOURCE);
}

static void rcc_setup(void)
{
  rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_BUTTON_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_SYSCFG); /* For EXTI. */
}

int main(void)
{
  rcc_setup();
  led_setup();
  button_setup();

  while (1)
  {
    gpio_toggle(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED on/off. */
    delay(delay_value);
  }
  return 0;
}

/**
 * @brief EXTI15~10 Interrupt service routine.
 * @note User button pressed event.
 */
void exti15_10_isr(void)
{
  if (exti_get_flag_status(EXTI_BUTTON_SOURCE)) /* Check EXTI line. */
  {
    exti_reset_request(EXTI_BUTTON_SOURCE);

    if (delay_value == DELAY_VALUE_A)
    {
      delay_value = DELAY_VALUE_B;
    }
    else
    {
      delay_value = DELAY_VALUE_A;
    }
  }
}

分段說明

Include

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#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>
#include <libopencm3/stm32/exti.h>
#include <libopencm3/cm3/nvic.h>

除了基本的 rcc.h 和 gpio.h 外，還要引入 exti.h 與 nvic.h。

exti.h 當然就是包含了 EXTI 的各種函式。nvic.h 是嵌套向量中斷控制器（Nested Vectored Interrupt Controller，NVIC），這是一個 ARM Cortex-M 中負責處理中斷的控制器，有用到中斷的話都會需要它。

注意是 libopencm3/cm3/nvic.h，而不是 libopencm3/stm32/nvic.h。

設定腳位

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/* User LED (LD2) connected to Arduino-D13 pin. */
#define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
#define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
#define GPIO_LED_PIN (GPIO5)

/* User button (B1) connected to PC13. */
#define RCC_BUTTON_GPIO (RCC_GPIOC)
#define GPIO_BUTTON_PORT (GPIOC)
#define GPIO_BUTTON_PIN (GPIO13)
#define EXTI_BUTTON_SOURCE (EXTI13)
#define NVIC_BUTTON_IRQ (NVIC_EXTI15_10_IRQ)

這次處理要定義 RCC 與腳位外，還一併設定了按鈕的 IRQ 與 EXTI 來源。因為按鈕是 PC13，所以 IRQ 是 NVIC_EXTI15_10_IRQ，它負責處理 EXTI 15 ~ 10，而我們實際會觸發的是 EXTI13。

設定中斷

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static void button_setup(void)
{
  /* 省略部分程式 */

  /* Set up interrupt. */
  nvic_enable_irq(NVIC_BUTTON_IRQ);
  exti_select_source(EXTI_BUTTON_SOURCE, GPIO_BUTTON_PORT);
  exti_set_trigger(EXTI_BUTTON_SOURCE, EXTI_TRIGGER_FALLING);
  exti_enable_request(EXTI_BUTTON_SOURCE);
}
  • nvic_enable_irq()：致能指定的 IRQ。
  • exti_select_source()：選擇 EXTI 的來源。
  • exti_set_trigger()：設定觸發方式。這裡使用的是 EXTI_TRIGGER_FALLING，即負緣觸發，還可以選擇 EXTI_TRIGGER_RISING（正緣觸發）或 EXTI_TRIGGER_BOTH（正/負緣都觸發）。
  • exti_enable_request()：致能 EXTI IRQ。

中斷服務程式 ISR

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/**
 * @brief EXTI15~10 Interrupt service routine.
 * @note User button pressed event.
 */
void exti15_10_isr(void)
{
  if (exti_get_flag_status(EXTI_BUTTON_SOURCE)) /* Check EXTI line. */
  {
    exti_reset_request(EXTI_BUTTON_SOURCE);

    if (delay_value == DELAY_VALUE_A)
    {
      delay_value = DELAY_VALUE_B;
    }
    else
    {
      delay_value = DELAY_VALUE_A;
    }
  }
}

exti_reset_request() 可以用來清除 IRQ flag。

由於 EXTI 15 ~ 10 共用一個 ISR，所以還要再用 exti_get_flag_status() 來讀取 EXTI_PR 暫存器的值，以確定目前是哪一個 EXTI Line 被觸發。

在 LibOpenCM3 中，各個功能的 ISR 函式名稱是固定的，如果打錯的話就無法正常執行。完整的 STM32F4 系列的 ISR 列表在此。

RCC

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static void rcc_setup(void)
{
  rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_BUTTON_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_SYSCFG); /* For EXTI. */
}

比較要注意的是，RCC 除了 GPIO Port 外，還要致能 RCC_SYSCFG，否則 EXTI 不會工作。

多環境程式（F446RE + F103RB）

由於 STM32F1 的部分函式不同，所以 F103RB 沒辦法直接使用上面的 F446RE 的程式。

以下列出主要的差異部分，也就是 RCC 與 GPIO 的部分。完整的程式請看 GitHub repo。

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static void rcc_setup(void)
{
  rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_BUTTON_GPIO);

  /* For EXTI. */
#if defined(STM32F1)
  rcc_periph_clock_enable(RCC_AFIO);
#else
  rcc_periph_clock_enable(RCC_SYSCFG);
#endif
}
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static void led_setup(void)
{
  /* Set LED pin to output push-pull. */
#if defined(STM32F1)
  gpio_set_mode(GPIO_LED_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT_2_MHZ, GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL, GPIO_LED_PIN);
#else
  gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_LED_PIN);
  gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_LED_PIN);
#endif
}
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static void button_setup(void)
{
  /* Set button pin to input floating. */
#if defined(STM32F1)
  gpio_set_mode(GPIO_BUTTON_PORT, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_CNF_INPUT_FLOAT, GPIO_BUTTON_PIN);
#else
  gpio_mode_setup(GPIO_BUTTON_PORT, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_BUTTON_PIN);
#endif

  /* 省略部分程式 */
}

小結

這次簡單介紹了 EXTI 的實際程式。中斷是很基本也實用的功能，而外部中斷 EXTI 也是中斷中比較單純且常用的，希望大家看完後也會使用 EXTI 了。

實際上 STM32 的中斷還要許多細節我沒寫到，因為本篇主要還是希望大家可以最快速入門，因此就先省略了。

參考資料

本文的程式也有放在 GitHub 上。
本文同步發表於 iT 邦幫忙-2022 iThome 鐵人賽。

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